变电二次设备及系统

电力系统低频运行的危害
(1)频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大， 轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。 (2) 会使火电厂发电机发出的有功功率下降， 以致出现频率崩溃，造成大面积停电。 (3)在核电厂中，当频率降到一定数值时，冷 却介质泵会自动调开，使反应准停止运行。 (4)电力系统频率下降时，可能出现电压快速 且不断地下降，出现电压崩溃，造成大面积 停电，甚至造成系统瓦解。
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4 微机保护装置的硬件组成
低
电 源
交 流
通 滤 波
C P U
通 信
光信 耦号
跳闸 出口
电源 系统
输入 系统
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4
微机保护装置的硬件组成
RCS-931A
超高压线路成套快速保护装置
汉字显示器
运行 TV 断线 充电 通道异常 跳A 跳B 跳C 重合闸
信号复归
3×3键盘
确认
母线故障大多是单相接地短路和由其引起的相间短路。 造成短路的主要原因有：
①母线绝缘子、断路器套管以及电压、电流互感器、避 雷器等的套管和支持绝缘子的闪络或损坏； ②运行人员的误操作，如带地线误合闸或带负荷拉开隔 离开关产生电弧等。
变继电电二保次护设的备基及本系配统置
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3.2.5 220kV母线保护 ----主流厂家设备
母线差动保护基本原理：基尔霍夫电流定律
I1=-I2 Icd=I1+I2=0
I2
线路2
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3.2.1 220kV母线保护 ----母线差动保护线路1
母线差动保护基本原理：基尔霍夫电流定律 母线发生故障时：例如1号母线故障
Icd=I1+I2 0
故障母线的选择：
1母小差： Icd1=I1+IML 0 2母小差： Icd2=I2-IML 0
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2.4 继电保护分类
• 按保护所反应的物理量
电 流 保 护
电 压 保 护
方 向 电 流 保
距 离 保 护
差
高
瓦
动
频
斯
保
保
保
护
护
护
护
变继电电二保次护设的备基及本系配统置
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3 继电保护的基本配置
变继电电二保次护设的备基及本系配统置
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3 继电保护的基本配置
变继电电二保次护设的备基及本系配统置
线路
线路保护范围
220kV 1母 220kV 2母
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3 继电保护的基本配置
母线保护范围
线路 线路
110kV 1 110kV 2
站用变 电容器
线路
10kV 1段
主变保护范围
1#主变
母母
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3.1 220kV线路保护
变继电电二保次护设的备基及本系配统置
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3.3 变压器保护的配置
变继电电二保次护设的备基及本系配统置
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3.3 变压器保护的配置
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3.3.1 变压器保护——差动保护
差动保护是变压器内部故障的主保护，主要反应变压器油 箱内部、套管和引出线的相间和接地短路故障，以及绕组 的匝间短路故障（短接匝数较多）
光端 光缆 光中
光缆
转换
机
继
光端
多路
机
转换
信号源 信号源 信号源
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2 继电保护基本知识
电力系统故障
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2 .1 继电保护的作用
继电保护的接线简图
继电保护与一次侧电力系 统设备之间的连接简图。
继电保护就是通过二次 侧弱电系统来控制（如 跳开、闭合）一次侧强 电系统设备。 内部故障时发出跳闸命令。
当k3点短路时，若保护7正确动作和7DL跳闸，保护5动 →跳5DL，则越级跳闸（非选择性）
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2.2 继电保护的基本要求
速动性
作用 于断 路器 跳闸 的保 护都 要求 动作 迅速
可以提高系统稳定性 减少用户在低电压下工作时间 减少故障元件损坏程度 避免故障进一步扩大
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M
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5.1 自动重合闸
N
自动重合闸的作用 1、提高了供电的可靠性。 2、补救保护误动、人员误碰、机构失灵导致的断路器的误跳闸。 3、提高了系统并列运行的稳定性。
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5.1 自动重合闸
自动重合闸的方式
单相重合闸 三相重合闸 综合重合闸 重合闸停用
重合闸的起动方式
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5.2 备用电源自动投入装置
举例：线路备自投
• 母线失电，DL1合位；在线路Ⅱ有压的情况下跳开DL1合DL2； • 母线失电，DL2合位；在线路Ⅰ有压的情况下跳开DL2合DL1； • 当工作电源断路器偷跳合备用电源。
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5.3 按频率自动减负荷装置
3.1.1 220kV线路保护----主保护
• 通道类型：
– 电力线载波通道 – 微波通道 – 光纤通道 – 导引线通道
随着电网的建设发展，线路保护通道将实现全面光纤化。
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3.1.2 220kV线路保护 ----后备保护
Im
In
In
In
M
N
A 1 3I0 ~
Id
B2
C
D
Ud
Zd
.
.
位置不对应起动（主要起动方式） 保护起动（辅助起动方式）
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5.2 备用电源自动投入装置
• 定义：当工作电源因故障自动跳闸后，自动迅速地将备用电源投入的
一
种自动装置，简称备自投装置。
• 作用：提高了供电的可靠性。
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5.2 备用电源自动投入装置
＝ U set
保护区内金属性短路时故障参数的最大计算值 U k.max
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2.2 继电保护的基本要求
可靠性
正确动作率
正确动作次数 动作总次数
100％
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2.2 继电保护的基本要求
可靠性
敌不动
我不动
拒动
敌一动
我乱动
误动
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2.3 继电保护基本构成
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IM
1#主变
母母
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3.3.2 变压器保护——瓦斯保护
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3.3.2 变压器保护——瓦斯保护
➢瓦斯保护的概念 油箱内各种短路故障，特别是对绕
组的相间短路和匝间短路。由于短路 点电弧的作用，将使变压器油和其它 绝缘材料分解，产少气体。气体从油 箱经连通管流向油枕，利用气体的数 量及流速构成瓦斯保护。
不正常工作时发出告警信号
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2 . 2 继电保护的基本要求
继电保护的要求
继电保护 的四条红线
简称“四性”
选择性
速动性
灵敏性
可靠性
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2 .2 继电保护的基本要求
选择性
有选择性
例1：
A
11
k1
B
2
5
3
4
C
6
7
D
8
当k1点短路时，保护1、2动→跳1QF,2QF
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• 差动保护是按比较被保护的变压器各侧电流的大小和相位 的原理实现的。
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3.3.1 变压器保护——差动保护
110kV 1 110kV 2
10kV 1
变压器差动保护基本原理： 220kV 1母
基尔霍夫电流定律
220kV 2母
Icd=IH+IM+IL=0
IL
段
IH
220kV 2母
断路器拒动
线线 路路 24
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3.2.3 220kV母线保护 ----母联断路器相关保护
线路1 线路3
220kV 1母 220kV 2母
母联断路器
母联死区保护 母联失灵保护 母联充电于死区保护 充电过流保护（选配） 非全相保护（选配）
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3.2.4 220kV母线保护 ----造成母线故障的原因
2.2 继电保护的基本要求
灵敏性 对反应于数值上升而动作的过量保护（如电流保护）
K sen
保护区内金属性短路时故障参数的最小计算值 ＝ 保护的动作参数
I k.min I set
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2.2 继电保护的基本要求
灵敏性
② 对反应数值下降而动作的欠量保护（如低电压保护）
K sen
保护的动作参数
基本要求
1、应保证工作电源断开后，备用电源才能投入。 2、工作母线不论任何原因电压消失，备用电源均应投入。 3、备用电源只能投入一次。 4、若电力系统内部故障使工作电源和备用电源同时消失时，备自投装置
不应动作。 5、备自投装置应配有减负荷功能。 6、备用电源投于故障时，继电保护应加速动作。 7、备自投装置的动作时间以使负荷的停电时间最短为原则。
2.2 继电保护的基本要求
选择性
例2： A1 3
2B
55 4
有选择性
k2
66 C 7
8D
当k2点短路时，保护5、6动→跳5QF、6QF
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2.2 继电保护的基本要求
选择性
A1
例：
3
2B
55 4
停电 非有选选择择性性
6 C 77
k3 88 D
当k3点短路时，若保护7拒动或7QF拒动，保护5动（远后备） →跳5QF 有选择性
中，距离I段不受系统运行方式的影响。
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3.1.3 220kV线路保护 ----主流厂家设备
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3.2 220kV母线保护的配置
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3.2 220kV母线保护的配置
线路1
220kV 1母 220kV 2母
I1
母
联 IML
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3.1 220kV线路保护
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3.1 .1 220kV线路保护----主保护
• 纵联保护：是利用线路两端的电气量在故障与非故障时的特征差异构 成保护。
如何比较两 端的电气量？
本端电气量信息告诉对端， 对端电气量信息告诉本端。
Im
In
In
In
M
N
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变电二次设备及系统
1
变电站二次系统的构成
变电二次设备及系统
1 变电站二次系统的构成
与上级调度的 通信
至调度所
至公用电话网
变
电
站
变电站层 就地监控终端
远动功能终端
工程师站
通
信
网络层
功
能
站内通信网
间隔层 间隔功能
终端# 1
间隔功能 终端# 2
站内通信方式：采用局域网通信和现场总线通信方式 站间通信方式：采用载波、光纤或微波等通道方式
I1
220kV 1母 220kV 2母
I2
线路2
母
联 IML
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3.2.2 220kV母线保护 ----断路器失灵保护
线路1 线路3
断路器失灵保护是"近后备"中
防止开关拒动的一项有效措施，当
220kV 1母
母
断路器拒动时快速切除相连的其它
联
电源支路，保证系统稳定。
距离保护工作原理：
Z1ld
Zd
U
.
d
Zf
U
.
e
零序保护工作原理：
Id
If
.
.
.
.
正常时：3 I 0 I a I b I c 0
.
.
...来自短路时：3 I 0 I a I b I c I ka
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3.1.2 220kV线路保护 ----后备保护（上课）
➢ 距离保护属于反应单端电气量变化而构成的保护。 ➢ 距离保护的配置一般为三段式。 ➢ 距离保护的优点是基本不受系统运行方式变化的影响。其
变继电电二保次护设的备基及本系配统置
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3.3.4 变压器保护——主流厂家设备
变电二次设备及系统
4
微机保护装置的硬件组成
＋5V
U=
逆变电源
CRT 键盘
CRT
＋15V 人机接口
U,I 模拟量输入 开关量输入
单片微机 系统
输出通道
跳闸
输出通道
信号
一般典型的微机保护结构是由五个部分构成的， 即输入系统、CPU数据处理系统、输出系统、人机接 口、电源系统。
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1
变电站二次系统的构成
常用局域网络 TOKEN RING令牌环
ARCNET网络 EHTERNET(以太网)网络
常用现场总线 LON WORKS现场总线
CAN现场总线
变电站内的两种通信方式
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1
变电站二次系统的构成
站间通信—— 光纤通道方式
信号源 信号源 信号源
多路
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3.3.3 变压器保护——后备保护
• 为什么还要配置变压器后备保护？
变压器作为重要的电气元件，仅装设具有快速动作的 主保护（瓦斯和纵差）还不够，还必须装设有一定延时， 且灵敏度更高的反应相间短路和接地故障的后备保护，既 能反应变压器内部故障作瓦斯和纵差的近后备，又能反应 变压器外部故障，作相邻元件的远后备。
区号
取消
液晶对比度调整
调试通讯口
模拟量输入
装置的正面面板布置图
人机接口
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5.1 自动重合闸
应用：主要用于输配电线路二次系统中，对线路断路器的非手动 （包括遥控）分闸进行重新合闸操作。
据统计，架空输电线路上有90%的故障是瞬时性的故障，如雷击、鸟害。
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2.4 继电保护分类
• 按保护所反应的故障类型
相间短路保护
接地保护
失磁保护
匝间短路保护
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2.4 继电保护分类
• 按保护的功能
主保护 后备保护 辅助保护
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2.4 继电保护分类
按被保护的对象
发电机保护
2 输电线路保护
1
6 电容器保护
5
变压器保护 3 4
母线保护
电动机保护